Požární zkouška experimentální budovy (D&S 2/09)

Administrator | Neděle, 10. květen 2009 |

Zkoušky požární odolnosti dřevěné konstrukce vícepodlažní budovy se uskutečnily v rámci projektu Timber Frame 2000 (TF 2000).

Úvod
Obecná představa o chování dřevěných konstrukcí při požáru bývá často zkreslená. Dřevo lze zapálit, může vyživovat oheň a dále ho šířit pomocí prchavých plynů, vznikajících při vysoké teplotě. Proces zuhelnatění dřeva je ale dobře předvídatelný a šíření plamene lze omezit impregnací nebo povrchovou úpravou. U průřezů konstrukčních prvků povrch dřeva vystavený požáru zuhelnatí a odhořívá stálou rychlostí. Uvnitř průřezu zůstávají mechanické vlastnosti dřeva bez podstatných změn a požární odolnost konstrukčního prvku lze určit na základě zbytkového průřezu. Dřevo samo má navíc i dobré tepelně-izolační vlastnosti.
V zájmu širšího využití dřeva ve stavebnictví u nás bude především třeba překonat zkreslené představy veřejnosti o dřevu jako stavebním materiálu. Paradoxní je ale, že nikoho nepřekvapuje správnost používání požárních dveří ze dřeva. Za zmínku též stojí uvést, že pýcha našeho národa kaple sv. Kříže na Karlštejně je proti požáru chráněna dřevěným stropem.
Naším vzorem v používání dřeva v bytové výstavbě může být mimo jiné země i Velká Británie, která ačkoliv má malé vlastní zdroje dřeva, používá ho v bytové výstavbě v neuvěřitelně velkém rozsahu. Ve Skotsku představují domy na bázi dřeva přibližně 70 % a v Anglii přibližně 25 % bytové výstavby.
V zájmu ověření předpokladů pro větší využití dřeva v bytové výstavbě byl ve Velké Británii proveden rozsáhlý výzkum především požární odolnosti vícepodlažních budov na bázi dřeva, která je u těchto staveb klíčovou otázkou.

Popis experimentální budovy TF 2000
Zkoušky požární odolnosti dřevěné konstrukce vícepodlažní budovy se uskutečnily v rámci projektu Timber Frame 2000 (TF 2000). Na šestipodlažním lehkém skeletu obytné budovy systému Platform frame byly kromě požárních zkoušek provedeny i zkoušky celistvosti při nárazu vozidla a při výbuchu. Na každém patře byly navrženy čtyři byty. Každý byt měl obytný pokoj a halu, dvě ložnice, kuchyň a koupelnu s WC. V budově byla výtahová šachta a dřevěné schodiště. Vnější nosné stěny budovy tvořil plášť ze dvou vrstev sádrových desek tloušťky 12,5 mm a z OSB desek tloušťky 9 mm. Na sloupky stěny o průřezu 38/89 mm bylo použito řezivo třídy pevnosti C16. Vzdálenost sloupků od sebe byla 600 mm. Prostor mezi sloupky byl vyplněn tepelnou izolací. Před vnějšími nosnými stěnami ve vzdálenosti 60 mm byla vyzděna cihelná obezdívka z lícového zdiva. Vnitřní nosné stěny byly stejného provedení jako vnější nosné stěny. Plášť vnitřní nenosné stěny tvořila pouze jedna vrstva sádrových desek tloušťky 12,5 mm. Stěny mezi byty byly zdvojeny a mezera mezi nimi byla vyplněna tepelnou izolací. Stropní konstrukce byla uzavřena podhledem ze dvou sádrových desek tloušťky 12,5 mm. Stropnice o průřezu 38/225 mm byly navrženy z řeziva třídy pevnosti C16. Vzdálenost stropnic od sebe byla 600 mm a mezi nimi byla uložena tepelná izolace. Na stropnicích byl proveden záklop z OSB desky tloušťky 15 mm a něm spočívala tepelná izolace tloušťky 25 mm, sádrová deska tloušťky 19 mm a dřevotřísková deska tloušťky 18 mm. Jednotlivé místnosti stavby byly pro věrohodnost zkoušky plně kompletovány. Na tomto obrázku jsou vidět i hranice ze dřeva, které po zapálení simulovaly požadované požární zatížení.

Hlavním cílem zkoušek na objektu TF 2 000 bylo zjistit chování vícepodlažní dřevostavby vystavené velkému požárnímu zatížení.

Zkouška požárního úseku TF 2000
Jednotlivé požární úseky byly testovány na požární odolnost 60 minut. Požár byl založen v obývací části bytu s tím, že plně rozvinutý požár nastal přibližně po 24 minutách, viz obr. 4. Aby se vytvořily co nejlepší podmínky pro plně rozvinutý požár, byla v kuchyni rozbita okenní tabule. To se stalo v 21. minutě a 30. sekundě od založení požáru. Maximální teploty v bytě pak dosáhly přibližně 1000 ºC a zůstaly na této výši do ukončení zkoušky v 64. minutě od jejího zahájení. Maximální teploty uvnitř mezery mezi zdvojenými požárně dělicími stěnami se pohybovaly pod 100 ºC vyjma lokálních míst, kde dřevěné prvky byly po určitou dobu vystaveny požáru. Výsledky zkoušek konstrukce budovy v rámci celého požárního úseku potvrdily výsledky získané normovými zkouškami na jednotlivých konstrukčních dílcích. Výsledky požární zkoušky ukázaly, že podmínky při požáru v obývacím pokoji bytu představovaly expozici přibližně o 10 % náročnější než představuje 60-ti minutová požární zkouška konstrukčních dílců. Zkouška ukázala, že dřevěná kostra budovy splňuje funkční požadavky z hledisek šíření požáru uvnitř budovy a zachování konstrukční celistvosti.

Zkouška schodiště TF 2000
Dřevěné schodiště TF 2000 bylo uchyceno do stěn, které měly dřevěnou kostru. Na počátku zkoušky byly definovány požadavky na jeho užitné vlastnosti při požáru. Schodiště muselo být funkční pro zásah hasičů po počáteční evakuaci obyvatel bezprostředně ohrožených požárem a pro následnou evakuaci dalších obyvatel bytů, kterým bylo předtím doporučeno, aby zůstali ve svých bytech. Schodiště TF 2000 bylo navrženo se speciální netoxickou povrchovou protipožární ochranou a jednotlivé stupně měly zespodu sádrovou desku o tloušťce 12,5 mm. Po založení požáru došlo k jeho rychlému rozšíření. Požár trval přibližně 31 minut. Potom se požární zatížení zmenšilo a zůstalo jen pár ložisek žhavého popela. Celou dobu bylo schodiště pod dohledem hasičů, kteří však nezasáhli. Pro ověření funkčnosti schodiště potom hasiči v plné výzbroji schodiště použili a vystoupili po něm do vyšších pater. Navržené schodiště při výše uvedených požadavcích potvrdilo spolehlivost při požáru.

Hlavní poznatky ze zkoušek TF 2000
Během zkoušek byla ověřena požární odolnost dřevostavby 60 minut a byly získány poznatky z oblasti konstrukční celistvosti a šíření požáru mezi jednotlivými požárními úseky. Požární zatížení v požárním úseku bylo realistické, a tak byly získány objektivní poznatky o šíření požáru ve vícepodlažním lehkém skeletu. Potvrzena byla požární odolnost dřevěného schodiště. Výsledky zkoušek TF 2000 se promítly do legislativy. V současnosti je možné ve Velké Britanii používat hořlavé materiály v konstrukcích požárně dělicích stěn a vnějších stěn až do výšky 18 m, místo dřívějších 11 m.

Projekt TF 2000 potvrdil, že u vícepodlažních dřevostaveb je třeba věnovat pozornost přípojům plášťů ze sádrových desek, zejména vícevrstvých. Každá vrstva musí být připojena samostatně. Nedodržení těchto postupů vede ke snížení požární odolnosti konstrukce. V dutinách vnějšího pláště budovy se musí navrhovat požární zarážky, aby se zabránilo šíření požáru a narušení celistvosti pláště. Zvýšenou pozornost je též třeba věnovat šíření požáru po fasádě budovy okny a dalšími otvory.

Střešní konstrukce TF 2000
U TF 2000 byly na střešní konstrukci použity vazníky s deskami s prolisovanými trny. Střešní konstrukce však zkoušena nebyla. S poměrně velkou bezpečností se počítá s tím, že požární odolnost těchto konstrukcí je zanedbatelně malá a je třeba ji kompletně zajistit jinými požárně ochrannými prvky, zejména podhledovými deskami např. sádrokartonovými, které mají samy o sobě požární odolnost v řádu desítek minut. Požární odolnost vlastní nosné konstrukce je tam pak ještě navíc. Toto je úsudek, který rozhodně nevede k žádným problémům z hlediska bezpečnosti staveb. Je však vidět, že pokud by byla požární odolnost této nosné konstrukce stanovena a použita při výpočtu celkové požární odolnosti stavby, mohlo by to vést k úsporám materiálu i ke zjednodušení technického řešení celé konstrukce.
V ČR se konstrukcemi s deskami s prolisovanými trny zastřeší ročně více než 1,5 milionu m2 střešní plochy ročně.
Protože ČR má díky firmám BOVA a FINE svou vlastní technologii včetně software je vedle statiky těchto konstrukcí při běžné teplotě pozornost věnována i jejich požární odolnosti.
Pro rozšíření znalostí o chování konstrukcí s deskami s prolisovanými trny byly proto provedeny dvě požární zkoušky.

Výsledky první zkoušky ukázaly, že požární odolnost konstrukce tohoto typu vůbec nemusí být zanedbatelná. K dosažení 2. mezního stavu (průhyb a rychlost nárůstu průhybu) došlo po 8 minutách. Ke zřícení konstrukce, tedy k dosažení 1. mezního stavu, došlo v 11. minutě v důsledku kolapsu nastavení spodního taženého pásu. Tyto výsledky byly poměrně povzbudivé a proto bylo rozhodnuto o provedení druhé zkoušky, kdy bylo nastavení taženého pásu překryto z boku dvěma dřevěnými příložkami. V důsledku této jednoduché úpravy došlo k posunutí dosažení 2. mezního stavu na 11. minutu od začátku požáru.
Dvě provedené zkoušky, které se uskutečnily v Požární zkušebně PAVUSu, a.s. ve Veselí nad Lužnicí, jsou důkazem toho, že dřevěné konstrukce spojované deskami s prolisovanými trny mají samy o sobě jistou požární odolnost, která není zcela zanedbatelná a se kterou by bylo možno počítat při návrhu konstrukce. Druhá zkouška navíc ukázala, že překrytí spon v místě nastavení dolního pásu je velice jednoduchou a finančně nenáročnou úpravou, která má významný a kladný vliv na požární odolnost konstrukce.

Poděkování
Tento příspěvek byl zpracován za podpory výzkumného záměru ČVUT v Praze MSM 6840770005 „Udržitelná výstavba“.

Doc. Ing. Petr Kuklík, CSc.
České vysoké učení technické v Praze, Fakulta stavební

Tento text neprošel redakční ani jazykovou úpravou.